基于群落自維持理念的滹沱河草本植物群落修復(fù)研究

孫培

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

城市化及城市擴張是導(dǎo)致生境喪失最為持久的原因（王闊, 2014）。城市人口活動高頻次、過度的干擾導(dǎo)致城市河流生境破碎，自然循環(huán)途徑被切斷，植物自我繁衍效率降低。河道的生境破碎表現(xiàn)為植物斑塊數(shù)量增加、面積縮小、形狀不規(guī)則且內(nèi)部生境面積縮小，能量傳輸與交換廊道被截斷，生物多樣性也受到負面影響（陳春諦, 2020）。

植被對自然系統(tǒng)的修復(fù)具有重要意義，適應(yīng)河流濕地生境特征的植物群落是修復(fù)工作的重要基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，自生植物（Spontaneous Vegetation）一詞最早被國外生態(tài)學(xué)者所使用，泛指自然定居生長的植物群體（Woodward et al.,1972）。自生群落因無需過多養(yǎng)護管理、可自播繁衍,同時發(fā)揮著重要的生態(tài)功能，在構(gòu)建可持續(xù)、低維護生態(tài)園林中的地位得到了肯定（李曉鵬等,2020）。在相似的生境中將原生草本植物按照生態(tài)學(xué)原理與美學(xué)功能的有機結(jié)合，以形成能夠自我演替的擬自然景觀（朱玲等, 2020），是實現(xiàn)人工群落可持續(xù)性與長效性的一種思路，其強調(diào)生境、本土植物以及混合栽植。自維持（Self-sustaining）群落是群落可持續(xù)發(fā)展的具體形式，其基礎(chǔ)是群落的穩(wěn)定性，它是一個生態(tài)系統(tǒng)，不過度消耗資源，具備演替的能力（Peter, 2007）。自維持群落應(yīng)用于構(gòu)建植物適合的生境系統(tǒng)、植被群落系統(tǒng)和植被物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的修復(fù)工作中（趙英等, 2017）?；诖?，本文將針對滹沱河濕地的修復(fù)工作，以自維持理念建立群落的方法進行相關(guān)的研究與探索。

1 研究地概況

河北省石家莊境內(nèi)的滹沱河段長約205 km，是該市最重要的河流濕地。滹沱河區(qū)域原生植被屬于落葉闊葉林，區(qū)域內(nèi)共有植物75科211種，其中，濕生及水生植物21科64種，所有植物中地被植物占比29.38% ，植被總覆蓋率28%～30%。滹沱河岸帶以沙性土為主，近年來，由于河流水量不足，河道缺水，植被長期受到干旱影響。河岸帶以蘆葦（Phragmites australis）、菊科、蓼科植物為主的優(yōu)勢群落面積縮小甚至消失。由于河岸帶的原生植被大幅減少，裸露的灘岸面積逐年變大，河道內(nèi)水生環(huán)境、旱生環(huán)境分界明顯。

2 自維持群落構(gòu)建方法

自維持群落構(gòu)建的核心是植物選擇，根據(jù)河流濕地生境的特點選擇合適的栽植方式。通過植物特性與生境匹配度的評估對植物的生境適應(yīng)性進行評分，選擇最適合的植物構(gòu)建自維持群落（圖1）。

圖1 自維持植物群落的構(gòu)建流程圖Fig.1 Flow chart of the assembly of self-sustaining plant community

2.1 植物適應(yīng)性與生境匹配評估方法

自維持群落的植物選擇需要遵循以下3個原則：1）選擇具有相似生態(tài)特性的植物，可協(xié)同生存，方便修復(fù)后管理；2)選擇在生長發(fā)育的不同階段、可利用不同資源或可有效避開沖突的植物；3)備選植物可保持適當(dāng)?shù)母偁庩P(guān)系，淘汰不兼容、不適合的植物，從而形成和諧平衡的群落。

本文采用植物區(qū)系質(zhì)量評估法，簡稱FQA（Floristic Quality Assessment）來反映生境質(zhì)量。此方法是一種基于物種保守性的植物區(qū)系生境質(zhì)量評價方法，以物種保守系數(shù)為核心指標(biāo)（保守性為植物物種固守在未受干擾生境中的能力）。首先為每種植物的保守性賦值，分數(shù)0～10（Swink et al., 1994; Andreas et al., 1995）。植物對某一環(huán)境毫無依賴,意味其可適應(yīng)不同環(huán)境，保守系數(shù)為0；如果某種植物只適應(yīng)這種生境，意味著保守性高，最高為10分。

根據(jù)公式（1）計算保守系數(shù)，代表平均保守系數(shù)，N代表本地物種數(shù),Ci代表物種保守系數(shù)，i為物種對應(yīng)的保守系數(shù)評分。其中，物種保守系數(shù)（Ci）的賦值采用專家打分法，由至少3位專家結(jié)合植物生活史、繁殖性狀、分布范圍和適宜生境特征等指標(biāo)對每個植物i獨立賦值，進行分數(shù)平均取整，作為每個物種i的保守系數(shù)（曹麗娟等, 2018）。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式（2）計算得到植物區(qū)系質(zhì)量指數(shù)（FQI）數(shù)值，將作為本地物種豐富度（Nn）的權(quán)重進行計算。

式中：FQI值由物種豐富度和保守系數(shù)共同決定，物種豐富度高，植物保守系數(shù)高，則FQI也高，該地區(qū)的生境質(zhì)量高；物種豐富度低，植物保守系數(shù)低，F(xiàn)QI也低（曹麗娟等，2018）。

2.1.1 目標(biāo)生境評估對特定區(qū)域的光照、溫度、水文、土壤和河流等條件給予相關(guān)描述，作為生境評估指標(biāo)測算的主要依據(jù)。根據(jù)相關(guān)條件找到影響生境的主導(dǎo)因子，使評析更加明確。

2.1.2 評價指標(biāo)選取將植物與環(huán)境的匹配程度作為保守系數(shù)（Ci）賦值計算的標(biāo)準(zhǔn)，完全依賴環(huán)境特點的植物得10分，完全不依賴得0分。通常Ci值大于7的植物被認為具有較高的保守性,Ci值小于3的被認為保守性較低。

已知環(huán)境的某一具體條件，便可用待評價植物對此條件的需求進行比對，得到此植物對這種因子的適應(yīng)評價值。在河流生境修復(fù)中，以水文作為關(guān)鍵因子，可明確區(qū)分并分別篩選適合水生環(huán)境、濕生環(huán)境和陸生環(huán)境的植物。在植物適宜性評價時考慮特殊情況，加入權(quán)重k，使結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.1.3 植物FQI分值的分級FQI值越高，表明植物保守性越高，相應(yīng)的生境原真度越高，質(zhì)量越好。通過分析多個文獻對FQI的質(zhì)量數(shù)值劃分結(jié)果（Ren,2015; Buchanan et al., 2015; Dong et al.,2016）（表1）。依據(jù)分數(shù)分級表，以排名靠前的植物作為備選。實際應(yīng)用時，根據(jù)待修復(fù)地的修復(fù)目標(biāo)，靈活組合值域中的植物。比如生境條件較差，需迅速恢復(fù)植物的地區(qū)，可在一般的域值中選擇植物。由于這些植物保守性比較低，可迅速適應(yīng)各種生境特征，達到復(fù)綠的目標(biāo)，其他域值對應(yīng)的修復(fù)目標(biāo)可依此類推。

表1 FQI評價等級及對應(yīng)等級下的生境與植被特征Table 1 FQI evaluation levels and habitat and vegetation characteristics

2.2 群落中植物種類確定

從FQA的生境質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)來看，以“較為優(yōu)秀”作為平均水平反推：高質(zhì)量生境的群落應(yīng)具有大約10～25種保守性高的植物。因此，修復(fù)工作可參考該數(shù)量范圍，以這類保守性評分高的植物作為構(gòu)建群落的核心植物。除了核心植物以外，還需根據(jù)不同的修復(fù)目標(biāo)，加入一般性植物。一般性植物在群落構(gòu)建中起到豐富樹種種類和提升觀賞效果的重要作用。

2.3 栽植方式選擇

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)某些草本群落中多種植物交錯生長在一起，植物間呈斑塊混合的分布形式。模擬這類群落種間交錯生長的栽植方式叫混合栽植，其易促進植物形成可自我維持的群落，是當(dāng)今最常見且被行業(yè)認同的一種形式（Zha et al., 2022）。因此，修復(fù)方案中采取混合栽植形式,混合的斑塊大小與目標(biāo)場地條件關(guān)聯(lián)，也與群落的核心種和一般性植物相關(guān)。

3 滹沱河濕地植物群落修復(fù)案例

3.1 滹沱河生境分析

近10年來，滹沱河石家莊段年平均降水量呈緩慢下降趨勢，而降水極值的變化卻在加劇。事實上，滹沱河在黃壁莊水庫以東的河段較平坦，泥沙沉積以及河道內(nèi)長期農(nóng)作，加劇了雨量變化。另外，滹沱河土壤類型變化大，在正定段以卵礫石與沙為主，而無極與深澤表層以沙性黏土為主，土壤保水能力弱。環(huán)境變化導(dǎo)致各類生境維持原生植被的能力減弱，不少原生植物消失，而大量廣布及入侵性植物增加。通過調(diào)查，河流城區(qū)段分布的野生草本植物僅30種，分屬點地梅屬（Androsace）、夏至草屬（Lagopsis）、荬菜屬（Ixeris）、飛蓬屬（Erigeron）、泥胡菜屬（Hemistepta）、苦苣菜屬（Sonchus）、旋覆花屬（Inula）、婆婆納屬（Veronica）、草木犀屬（Osmanthus）、黃芪屬（Astragalus）、黧豆屬（Mucuna）、鵝絨藤屬（Cynanchum）、蒺藜屬（Tribulus）、通泉草屬（Mazus）、附地菜屬（Trigonotis）、斑種草屬（Bothriospermum）、角茴香屬（Hypecoum）、白屈菜屬（Chelidonium）、角蒿屬（Incarvillea）、葎草屬（Humulus）、牽牛屬（Pharbitis）和鴨跖草屬（Commelina），廣布及入侵植物高達8種。除此之外，環(huán)境條件的退化導(dǎo)致原有鳥類棲息地遭受破壞，鳥類種類和數(shù)量明顯降低。河流城區(qū)段觀測到的鳥類共計39科178種，近年來，鳥類活動頻度隨河流修復(fù)工作日漸提高。滹沱河修復(fù)目標(biāo)區(qū)域的整體生境為陸生生境、濕生—半濕生生境和水生生境。由于河道仍需保持行洪能力，因此，可修復(fù)栽植的生境面積約73%為干旱陸生生境、15%為濕生—半濕生生境、12為%水生生境（水岸邊栽植寬度5～8 m），所用植物全部為草本植物（圖2）。

圖2 滹沱河生境分析Fig.2 Habitat analysis of the Hutuo River

3.2 滹沱河修復(fù)草本植物選擇

通過查閱《河北植物志》(賀士元等, 1985)，從中篩選出研究區(qū)適合旱生生境的植物32種，濕生植物26種，水生植物18種。使用FQA評價法，請5名專家進行評分，將所有的值 取平均值后得到各種植物的值 ，并通過計算FQI值（表2）。

表2 各種植物的FQI值Table 2 FQI values of each plant

按照FQI值排序篩選出組成群落的核心植物種類：陸生群落核心種類13種，符合構(gòu)建自維持群落的種類數(shù)量要求；濕生及水生生境修復(fù)面積有限制，植物種類分別選擇了4種和6種。在此基礎(chǔ)上加入部分豐富季相景觀的一般種，由此形成以本地植物為核心的河流濕地自維持草本植物群落組合（表3）。

表3 自維持修復(fù)草本群落組合模式Table 3 Self-sustaining restoration herbaceous community assemblage pattern

3.3 草本群落的配置方式

以某一種或以少數(shù)植物種類為優(yōu)勢的群落中，單一植物種類斑塊面積大，可呈現(xiàn)連續(xù)的景觀效果，但整體觀賞期相對較短；若植物斑塊面積小，則斑塊混合程度高，在同一空間植物多樣性高，但過于密集的斑塊會使植物間競爭加強，景觀效果一般。二者各有利弊，可根據(jù)修復(fù)面積與景觀需求來決定草本植物的修復(fù)方式。

自維持群落混合栽植的尺度可用“混合密度”來表達?；旌厦芏圈?特定面積內(nèi)所有斑塊數(shù)/面積，單位為個/m2（蔣榕等, 2020）。按照郊野類、草本修復(fù)類、生態(tài)河道類3大類型，對國內(nèi)外共12個項目，168個樣地的草本群落斑塊密度進行測定，研究其分布域值。樣地混合密度計算表明：在各植物斑塊邊界可見的前提下，種植混合密度最高可達0.80～1.12個/m2；常見的城市郊野類混合密度約0.10～0.51個/m2，草本修復(fù)類項目最低可低于0.1個/m2，生態(tài)河道類約0.20～0.54個/m2（圖3）。經(jīng)過比對，栽植斑塊混合密度為0.05～0.21個/m2更適合滹沱河陸地、濕生生境修復(fù)的尺度。而水生生境由于受到寬度限制，混合密度為0.2～0.8個/m2能呈現(xiàn)更自然的草本群落效果。

圖3 不同類型項目的植物種植混合密度分析Fig.3 Analysis of plant planting mix density for different types of projects

根據(jù)場地特征，以混合栽植的方式進行斑塊修復(fù)。經(jīng)過跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)修復(fù)群落的表現(xiàn)力整體達到河流濕地的階段性恢復(fù)水平：春季復(fù)綠效果明顯，復(fù)綠面積可達95%以上；植物群落對環(huán)境的適應(yīng)性良好，植物景觀效果整體表現(xiàn)明顯較好。

4 討論

自維持草本群落在城市生境中是一種低能耗、低維護、高效能的群落形式，有利于自然資源的集約與有效利用。在滹沱河河流濕地植物修復(fù)工作中，以植物適應(yīng)性與生境關(guān)系作為評估手段，完成了修復(fù)植物的選擇工作；以多種植物的混合斑塊栽植作為基本的栽植方式，根據(jù)生境條件均勻或破碎來設(shè)定斑塊尺度，結(jié)合調(diào)整植物的觀賞效果，實現(xiàn)既符合場地特征，也更容易形成植物自維持群落的植被。通過構(gòu)建植物與植物、植物與環(huán)境間的友好關(guān)系，以群落自維持的方式控制群落變化并改善植物對生態(tài)因子的利用關(guān)系，探尋了自維持群落的構(gòu)建方法。其中，草本群落對環(huán)境變化較為敏感，后續(xù)研究將繼續(xù)對自維持群落進行觀測，收集群落種類變化以及濕地棲息地恢復(fù)情況數(shù)據(jù)，并進行效益的數(shù)量化評估。

5 結(jié)論

1）將滹沱河修復(fù)目標(biāo)區(qū)域的生境分成陸生生境、濕生—半濕生生境以及水生生境3類，并按照FQI值排序篩選出組成對應(yīng)生境植物群落的核心植物，分別為13種、4種、6種，在核心種的基礎(chǔ)上增加一般種及增強景觀效果的植物；2）滹沱河陸地、濕生生境的植物種植混合密度為0.05～0.21個/m2，水生生境植物種植混合密度為0.2～0.8個/m2，可促進城市河道生境的健康修復(fù)；3）混合栽植的自維持群落經(jīng)驗證可形成穩(wěn)定的群落類型，在滹沱河河流濕地修復(fù)中取得良好成效。